[发明专利]一种适用于井下近钻头无线短传发射的机械装置

说明书

技术领域

本发明主要属于近钻头无线短传装置技术领域，具体涉及一种适用于井下近钻头无线短传发射的机械装置。

背景技术

近年来利用水平井来提高油气藏钻遇率及采收率已被各油田广泛应用，而近钻头地质导向钻井系统具有实时判断地层属性、前探待钻地层、实施准确导向等特点，它有助于提高探井的发现率、开发井的钻遇率和油气田的采收率。

近钻头井斜角测量仪器，通常将近钻头井斜角传感器封装到造斜工具（井下泥浆马达）的前端，通过有线或无线传输方式（超声波、电磁波等）传输到位于造斜工具（井下泥浆马达）上部的常规无线随钻测量仪器(LWD/MWD)中，与常规无线随钻测量仪器测取的数据一起，通过水力脉冲或电磁波等无线传输方式，传输到地面。

近钻头井斜参数及伽马测量的实时获得有助于现场钻井工程师实施掌握钻井中钻头行进轨迹及地质参数，从而提高石油钻采率。而如何将近钻头测量参数传输到地面成为制约该技术发展的关键。

目前，国内研究对近钻头测量参数的传输多通过螺杆埋电缆线、声波无线传输、线圈式电磁波无线传输等方式进行传输。

螺杆埋电缆线属于有线传输结构：采用有线传输方式，将测量短节内的传感器测量的近钻头的地层信息通过“电缆”传输至MWD系统，建立近钻头测量短节与接收短节之间的有缆信道。但是这些“电缆”要“埋”在测量短节至MWD系统之间每个机械零件上，建立有线信道，即需要在测量短节、接收短节、螺杆等井下钻具中预埋电缆线，需要专用的螺杆以适用信号的传输，同时需要解决螺纹对接位置的高圧密封及可靠电连接问题，可适用性较低。

相对于有线传输方式，利用无线传输方法，将近钻头参数向上传输的方式无需对井下钻具的结构作较大改动，因此总体成本较低，通用性较好，可用于井下小数据量传输；但是现有的无线传输技术中，还存在这以下缺点：

线圈式电磁波无线传输：电磁波传输采用电磁波发射、接收装置即在钻铤发射、接收端分别缠绕线圈，然后覆盖绝缘材料保护，构成无线传输装置。该种传输方式对地层电阻率要求较高，同时无法满足过螺杆传输距离（约10米）的要求。

声波无线传输：声波无线传输方式采用在钻铤发射和接收短节分别安装发射和接收换能器，通过发射和接收换能器的声学特性进行信号传输。但是其中换能器的设计使近钻头发射短节机械结构较为复杂，且长距离无线传输对换能器的发射能量要求较大，且由于钻铤波的存在使信号的接收十分困难，难以实现信号的过螺杆无线短传。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种适用于井下近钻头无线短传发射的机械装置；所述近钻头无线短传发射机械装置采用中间串接绝缘短节的机械结构，该绝缘短节与两段金属短节通过螺纹连接，构成无线传输的两极，通过与接收短节配合使用实现近钻头信号过螺杆无线短传。该种结构在实现井下近钻头测量数据的无线短传发射的同时最大程度上减小了结构长度，将近钻头测量短节对螺杆造斜的影响降到最低。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于井下近钻头无线短传发射的机械装置，所述机械装置包括均由金属材料制成的钻头连接壳体和螺杆连接壳体，还包括由绝缘材料制成的绝缘短节；所述绝缘短节串接在所述钻头连接壳体和所述螺杆连接壳体的中间，用于实现电气隔离，所述钻头连接壳体和所述螺杆连接壳体分别构成电磁发射正极和电磁发射负极；

所述机械装置还包括测量单元以及用于实现无线短传的数据发射单元；所述数据发射单元用于发射所述测量单元测量获得的数据；

所述数据发射单元、所述钻头连接壳体、地层、近钻头无线短传接收装置、以及所述螺杆连接壳体构成数据传输回路，从而实现测量数据的过地层无线短传。

进一步地，所述数据发射单元包括依次连接的金属连接器、第三电连接线、高压密封单针连接器、第二电连接线、发射电路单元、第一电连接线和电连接螺钉；所述电连接螺钉与钻头连接壳体连接；

所述金属连接器的一端与所述螺杆连接壳体的表面连接，另一端穿过所述绝缘短节与位于所述钻头连接壳体内部的第三电连接线连接。

进一步地，所述高压密封单针连接器通过挡块固定于所述钻头连接壳体。

进一步地，所述挡块为U型凹槽结构，高压密封连接器卡紧于挡块U型凹槽中，挡块与高压密封连接器之间安装垫片，挡块通过螺钉固紧于钻头连接壳体。

进一步地，所述绝缘短节的两端分别与所述钻头连接壳体和所述螺杆连接壳体通过不可拆卸的螺纹连接成一体。

进一步地，所述机械装置的具有钻头连接壳体的一端与钻头连接，所述机械装置的具有螺杆连接壳体的一端与螺杆连接。